【正文】 用 MATLAB 軟件中的控制工具箱對直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ,并用 SIMULINK 進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)字仿真 ,同時(shí)查看仿真波形 ,以此驗(yàn)證設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)是否可行 . 關(guān)鍵詞 直流電機(jī) 直流調(diào)速系統(tǒng) 速度調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 雙閉環(huán)系統(tǒng) 仿真 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 II Abstract DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth control in a wide range, besides its control performance is excellent. Beginning with the theory of DC motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops, detailedly discusses the static and dynamic state performance of the system. Afterward, according to automation theroy this papar calculates the parameters of the system. Then, this dissertation simulates and analyzes the system by means of Simulink. The results of simulation are consistent with theory calculation. Some experience was acquired through simulation. Based on the theory and simulation, this dissertation designs a DC speed control system with double closed loops, discusses the realization of main circuit, feedback circuit, control circuit and trigger circuit. The results of experiment show that the static and dynamic state performance of this system are good, which indicate that the design can meet the analysis and design are carried out for speedcontrolling system of the dc motorby by using TOOL BOX and SIMULINK. Keywords: DC motor,DC governing system,speed governor,current governor,double loop control system,simulink 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 III 目 錄 摘 要 ............................................................. I Abstract ......................................................... II 第一章 緒 論 ....................................................... 1 直流調(diào)速概念 .................................................. 1 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史 .......................................... 1 研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的目的和意義 ............................ 2 本文的研究內(nèi)容 ................................................ 3 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng) ................................................ 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及性能指標(biāo) .............................. 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理 ....................................................................... 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) ....................................................................... 4 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) ........................................................................................... 6 電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析 ........................ 7 雙閉環(huán)調(diào)速的工作過程和原理 ............................................................... 7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性 ............................................... 8 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析 ................... 11 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立 ............................................. 11 起動(dòng)過程分析 ......................................................................................... 11 動(dòng)態(tài)抗干擾性分析 ................................................................................. 15 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 ......................................... 15 PI 調(diào)節(jié)器 ................................................................................................ 15 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法 ................................................................................. 16 Ⅰ型系統(tǒng)與Ⅱ型系統(tǒng)的性能比較 ......................................................... 16 轉(zhuǎn)速 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的確定 ............................................................... 17 電流環(huán)、速度環(huán)的設(shè)計(jì) ......................................... 18 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用 ............. 18 調(diào)節(jié)器的具體設(shè)計(jì) ................................................................................. 18 第三章 PWM 脈寬調(diào)制 ............................................. 22 PWM 基本介紹 ................................................. 22 脈寬調(diào)制變換器 ............................................... 22 橋式可逆 PWM 變換器 ........................................... 23 第四章 直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立 .................................. 26 數(shù)學(xué)模型的建立 ............................................... 26 寫出平衡方程式、拉普拉斯變換 ......................................................... 26 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ............................................................................................. 27 本設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)部分的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算 ........................... 31 第五章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 .................................... 33 MATLAB 簡介 .................................................. 33 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真 ......................................... 33 結(jié) 論 ............................................................ 36 致 謝 ............................................................ 37 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 IV 參 考 文 獻(xiàn) ....................................................... 38 附 錄 ............................................................ 39 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第一章 緒 論 直流調(diào)速概念 直流調(diào)速 [1]是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,以滿足工作機(jī)械的要求。 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史 直流傳動(dòng)具有良好的調(diào)速特性和轉(zhuǎn)矩控制性能，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較早并沿用至今。 1930 年以后出現(xiàn)電機(jī)放大器控制的旋轉(zhuǎn)交流機(jī)組供電給直流電動(dòng)機(jī)（由交流電動(dòng)機(jī) M 和直流發(fā)電機(jī) G 構(gòu)成，簡稱 G— M 系統(tǒng)），以后又出現(xiàn)了磁放大器和汞弧整流器供電等，實(shí)現(xiàn)了直流傳動(dòng)的無接點(diǎn)控制。但這種調(diào)速方法后來被晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)所取代，至今已不再使用。由于電力電子技術(shù)與器件的進(jìn)步和晶閘管系統(tǒng)具有的良好動(dòng)態(tài)性能，使直流調(diào)速系統(tǒng)的快速性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性不斷提高，在 20 世紀(jì)相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)成為調(diào)速傳動(dòng)的主流。直流傳動(dòng)之所以經(jīng)歷多年發(fā)展仍在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵在于它能以簡單的手段達(dá)到較高的性能指標(biāo)。 在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，一是要具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時(shí)，保持勵(lì)磁電流恒定，可用改變電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，保持電樞電壓恒定，可用改變勵(lì)磁的方法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。 自 19 世紀(jì) 80 年代起至 19 世紀(jì)末以前，工業(yè)上傳動(dòng)所用的電動(dòng)機(jī)一直以直流電動(dòng)機(jī)為唯一方式。然而，隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，調(diào)速對變速傳動(dòng)裝置是一項(xiàng)基本的要求，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 現(xiàn)代應(yīng)用的許多變速傳動(dòng)系統(tǒng)，在滿足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)（無級）調(diào)速的同時(shí)，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。從 60 年代起，國外對交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速已開始重視。尤其是 70 年代以來，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，為交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，促進(jìn)了各種類型交流調(diào)速系統(tǒng)：如串級調(diào)速系統(tǒng)，變頻調(diào)速系統(tǒng)，無換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以及矢量控制調(diào)速系統(tǒng)等的飛速發(fā)展。國際上許多國家交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)已進(jìn)入工業(yè)實(shí)用化階段，大有取代直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)的勢頭。直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没渲饕攸c(diǎn)是： (1) 常規(guī)的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)中大量硬件可用軟件代替，從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了電子元件虛焊、接觸不良和漂移等引起的一些故障，